A NASA James Webb-űrtávcsövének segítségével most végre sikerült mérésekkel is alátámasztani egy exobolygókkal kapcsolatos elméletet, amely szerint egy adott bolygó sötét oldalának légköre eltér a világos oldal légkörétől. Az infravörös űrtávcső célobjektuma a WASP-39 b nevű exobolygó volt, amelynek átmérője a Jupiter átmérőjének 1,3-szorosa, tömege a Szaturnuszéhoz hasonló, és egy, a Földtől 700 fényévre lévő csillag körül kering. A bolygó jellegzetessége, hogy kötött keringésű, ami azt jelenti, hogy mindig egy adott oldalával fordul a központi csillag felé, és ilyen módon az egyik oldalán mindig nappali világosság, a másik oldalán pedig mindig éjszakai sötétség uralkodik.

Fantáziarajz a WASP-39 b bolygó nappalát és éjszakáját elválasztó terminátorvonalról. (Forrás: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI).)

A James Webb-űrtávcső NIRCam nevű közeli infravörös spektrográfjával készült mérések alapján a csillagászok megállapították, hogy az éjszakai és a nappali oldal közötti hőmérséklet-különbség körülbelül 200 °C. Emellett sikerült bizonyítékot találni arra is, hogy az éjszakai és a nappali oldal légkörében különböző felhők találhatóak oly módon, hogy a nappali oldal valószínűleg felhősebb az éjszakainál. Ezeket az eredményeket a bolygó terminátorvonalának, vagyis a nappalt az éjszakától elválasztó vonalnak a transzmissziós spektroszkópiai vizsgálatával érték el a kutatók. Ennek a módszernek az a lényege, hogy a bolygóról kétféle színkép készül: az egyik a csillag előtt való elhaladás közben, amikor a bolygó légkörén átszűrődik a csillag fénye is, a másik pedig akkor, amikor a bolygó nem a csillag korongja előtt, hanem amellett tartózkodik a pályája során. Ezzel a módszerrel megállapítható a bolygó légkörének hőmérséklete, összetétele, illetve egyéb tulajdonságai.

A WASP-39 b elhaladása a központi csillaga előtt. (Forrás: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI).)

A WASP-39 b kiterjedt légköre, illetve a róla készült James Webb-felvétel miatt az exobolygóknak egyfajta referenciává vált. Korábbi, szintén a James Webb-űrtávcsővel készített felvételek szerint a bolygó légkörében megtalálható a szén-dioxid, a kén-dioxid, a vízgőz, illetve a nátrium. Ezeknek az elemeknek a kimutatása már önmagában is szép eredmény, ám a régebbi vizsgálatok nem tértek ki részletesebben az éjszakai és a nappali oldal megkülönböztetésére.

A WASP-39 b transzmissziós spektrumai, és a benne azonosított kémiai elemek. (Forrás: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI).)

A nemrégiben megjelent új tanulmány szerzői két spektrumot vettek fel a bolygó terminátorvonalán, az egyiket a nappali, a másikat pedig az éjszakai oldalon, és arra a következtetésre jutottak, hogy a bolygó éjszakai oldala körülbelül 800 °C-os hőmérsékletével jelentősen melegebb a ~600 °C-os nappali oldalnál. Ez az eredmény méltóképp tükrözi a James Webb-űrtávcső elképesztő érzékenységét: korábbi műszereinkkel lehetetlen lett volna ilyen kis hőmérséklet-különbség kimutatása. A kamera egy apró mozdulata is komoly mérési hibákat okozhat, így egy ilyen méréshez valóban a James Webb-űrtávcső minden eddigit felülmúló precizitására volt szükség.

A felvett spektrumok részletes modellezése során a kutatóknak lehetőségük nyílt a légkör szerkezetének vizsgálatára, illetve sikerült magyarázatot találniuk arra is, hogy miért melegebb a bolygó éjszakai oldala a nappalinál. Egy későbbi tanulmányban a csillagászok szeretnék megvizsgálni azt, hogy a légköri felhők hogyan hatnak a WASP-39 b hőmérsékletére. Mostanáig azonban sikerült felfedniük azt, hogy az éjszakai és a nappali oldal közötti hőmérséklet-különbségért leginkább a légmozgások a felelősek.

A WASP-39 b igen közel kering központi csillagához, amelynek következtében a nappali oldalt rendkívül erős sugárzás éri, felmelegítve a világos oldal légkörét. Ahogy a bolygó kering a csillag körül, légmozgások indulnak el rajta, amelyek a hőt nagy sebességű szelek formájában a sötét oldal felé szállítják. A bolygó légkörének részletes, 3 dimenziós modellezése alapján a kutatók kimutatták, hogy a szelek a vizsgált terminátorvonalon az éjszakai oldalról a nappali oldal irányába fújnak. Ez pedig magyarázatot ad a mért hőmérséklet-különbségre: az éjszakai oldalról átáramló levegő némileg lehűti a nappali oldalt, míg a nappali oldalról az éjszakai oldal irányába fújó szelek felmelegítik az éjszakai oldalt. Ez a szelek elképesztően gyors sebessége miatt lehetséges, amely a számítások alapján elérheti az 1600 km/h-t is!

Ez a kutatás megmutatta, hogy a James Webb-űrtávcső példa nélküli érzékenysége lehetőséget biztosít a csillagászoknak arra, hogy részletesen megvizsgálják a Naprendszeren kívül keringő bolygók légkörének dinamikáját. Az eredmény, nagy horderejét tekintve az egyik legmagasabb impaktfaktorú szaklapban, a Nature-ben jelent meg.

A cikk forrása: https://webbtelescope.org/contents/news-releases/2024/news-2024-129